計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用

胡世華

(九江學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院，江西九江 332005)

CAD輔助教學(xué)手段出現(xiàn)在制圖教學(xué)課堂上，已成為制圖教學(xué)的一種新趨勢(shì)。引入CAD應(yīng)用技術(shù)的目的不僅在于輔助制圖，還在于輔助思維，提高構(gòu)形、圖形分析，圖形的二、三維空間轉(zhuǎn)換能力。特別是在點(diǎn)、線、面的綜合解題，基本體的形成，截交、相貫線的形成，三視圖與立體圖的轉(zhuǎn)換等方面，融入性地引入CAD軟件的三維功能，可達(dá)到事半功倍的效果［1］。利用基于CAD技術(shù)上建立的三維模型，精度高，形象逼真，色彩豐富，在使用中不僅可以取代實(shí)物模型［2］，而且還可以根據(jù)需要，靈活地進(jìn)行剖切，直觀地展現(xiàn)零件的內(nèi)外結(jié)構(gòu)［3］，方便學(xué)生進(jìn)行觀察與分析，再加上零件的動(dòng)畫效果，使教學(xué)內(nèi)容清晰、生動(dòng)，大大地縮短了學(xué)生感知、認(rèn)知的過程，教學(xué)效果顯著［4］。需要說明的是，利用CAD輔助教學(xué)，只有預(yù)先制作，適時(shí)推出，才能發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。

一、實(shí)體的引出

學(xué)生學(xué)完組合體三視圖后，對(duì)簡(jiǎn)單零件的視圖表達(dá)有一定的認(rèn)知，但給出一個(gè)具體的復(fù)雜一點(diǎn)的零件，讓他們選擇平面視圖表達(dá)時(shí)，他們往往無從下手。這堂課在將要學(xué)習(xí)新的知識(shí)前，有意識(shí)地布下疑陣，讓學(xué)生在解決問題過程中，學(xué)會(huì)思考，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。

教學(xué)的三維實(shí)體用AutoCAD軟件播放，讓學(xué)生連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察，教師不作任何提示，使學(xué)生進(jìn)入一種迫不及待想解決問題的情境之中。細(xì)心的學(xué)生發(fā)現(xiàn)了噴射體不僅有較多孔，且兩只耳不是成90°分布，按照前面學(xué)過的知識(shí)畫圖，虛線較多，主視圖又難以確定。課堂的氣氛活躍起來，不同的學(xué)生提出各自的視圖表達(dá)，最終需教師作進(jìn)一步的講解。

二、教師講課

教師授課時(shí)并不急于回答學(xué)生的問題，只是鼓勵(lì)他們自己動(dòng)腦。對(duì)于實(shí)在不能解決的問題可以存疑，待學(xué)習(xí)了新知識(shí)、新方法后再來解決。引導(dǎo)學(xué)生尋找表達(dá)機(jī)件內(nèi)形的新方法，為講授剖視圖埋下伏筆。讓學(xué)生帶著疑問，帶著期待來聽課，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

(一)開門見山，直奔主題

1.剖視圖

提示學(xué)生，當(dāng)零件內(nèi)部形狀較為復(fù)雜時(shí)，視圖上就出現(xiàn)較多虛線，影響圖形清晰，給看圖、畫圖和尺寸標(biāo)注帶來困難。假想用平面把零件切開，先用單一平面來切，內(nèi)部結(jié)構(gòu)展現(xiàn)在眼前，但下面的連接耳沒有表示清楚，有學(xué)生問可不可以用多個(gè)平面同時(shí)剖切?當(dāng)然可以。用兩個(gè)相交平面同時(shí)剖切可以得到，一目了然地看到在多個(gè)剖切位置進(jìn)行剖視的效果。這就是這次課要講的主要內(nèi)容──剖視圖，即假想用一個(gè)或幾個(gè)相交(或平行)剖切面將零件剖開，移去剖切面和觀察者之間的部分，將其余部分向投影面投射，并在剖面區(qū)域內(nèi)畫上剖面符號(hào)。強(qiáng)調(diào)剖視圖主要用來表達(dá)機(jī)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀，是圖樣各種表達(dá)中非常實(shí)用的表達(dá)方法，也是機(jī)械制圖中很重要的內(nèi)容。這樣講解可提高學(xué)生對(duì)剖視的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)對(duì)剖視的理解。

2.剖視圖的畫法

要求學(xué)生對(duì)著三維模型動(dòng)態(tài)觀察，思考怎樣將三維模型轉(zhuǎn)換為投影圖。顯然是用兩個(gè)相交平面剖切的，若用其中的一個(gè)平面與投影面平行進(jìn)行投射，則另一個(gè)平面與投影面不平行，這里有問題了，怎么解決?剖視圖的畫法引出來了。

思考幾分鐘后，教師講述:先假想按剖切物體的方法剖開物體，然后將剖開的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到與選定的基本投影面平行后再進(jìn)行投射;用粗實(shí)線畫出零件實(shí)體被剖切面剖切后的斷面輪廓和剖切面后面零件的可見輪廓，可省略不必要的虛線。

以往在教學(xué)過程中，學(xué)生對(duì)剖視圖的作圖常出現(xiàn)標(biāo)注不規(guī)范、機(jī)件內(nèi)外結(jié)構(gòu)相互混淆、虛線處理不當(dāng)?shù)葐栴}，究其原因是學(xué)生作圖時(shí)大腦里沒有清晰的模型結(jié)構(gòu)。解決此問題的關(guān)鍵是歸納出剖視圖作圖的基本步驟:1)先畫出三維模型與剖切面的截交線投影，此投影必定是一個(gè)封閉的線框。要求學(xué)生在下面動(dòng)手畫，很快外形結(jié)構(gòu)就被勾畫出來了。2)畫剖面符號(hào)。在封閉的線框里畫上剖面符號(hào)。3)畫出內(nèi)孔投影?？砂芽卓醋魍该鞯幕緦?shí)體，由于剖切平面一般都通過內(nèi)孔的對(duì)稱面，那么基本孔投影與基本實(shí)體的整體投影完全一致，注意孔相交時(shí)的相貫線。4)畫剖切面后的其他部分投影。按照剖視圖的定義，剖視圖除了剖面和剖到的內(nèi)孔投影以外，還有剖面后的一些結(jié)構(gòu)，分為可見部分和不可見部分的投影。對(duì)不可見的部分，如果在其他視圖中可表達(dá)，就省略不畫，因此，噴射體沒有這部分投影。5)檢查是否有漏畫、多畫和錯(cuò)畫的圖線。這一步的要領(lǐng):一是要防止多畫輪廓線，二是要防止漏畫輪廓線。

3.剖視圖的標(biāo)注

讀剖視圖時(shí)，怎樣知道它的剖切位置和投射方向呢?這就是標(biāo)注所解決的。首先教師講解知識(shí)點(diǎn)，標(biāo)注是剖視圖中的一個(gè)重要內(nèi)容，剖視圖的標(biāo)注包括箭頭、字母和剖切位置符號(hào)三項(xiàng)內(nèi)容:一般情況下，當(dāng)剖切平面與機(jī)件的對(duì)稱平面不重合時(shí)，需要標(biāo)注;當(dāng)剖視圖按投影關(guān)系配置時(shí)，省略箭頭;當(dāng)剖切平面與機(jī)件的對(duì)稱平面重合時(shí)，一般省略標(biāo)注。提問學(xué)生，就本課所講的剖視圖，該怎樣標(biāo)注?結(jié)合多媒體課件，把另外兩種標(biāo)注方式加以講解，學(xué)生很快就掌握了剖視圖的標(biāo)注［5］。

(二)引入局部剖視圖

讓學(xué)生繼續(xù)動(dòng)態(tài)觀察三維模型，引導(dǎo)學(xué)生分析剖視圖存在的不足，兩只連接耳的螺栓孔沒有表達(dá)得十分清楚。然后提出問題:對(duì)內(nèi)外形需兼顧且不具有對(duì)稱平面的機(jī)件，應(yīng)采用什么視圖表達(dá)?給學(xué)生兩分鐘的思考時(shí)間，然后把模型實(shí)體的平面俯視圖調(diào)出來，并打開局部剖視圖所在的圖層，這種表達(dá)方式稱為局部剖視圖。

關(guān)于局部剖視圖需對(duì)學(xué)生強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn):1)局部剖視圖的剖切位置、剖切范圍、剖切次數(shù)很靈活，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇。2)指出畫波浪線時(shí)，應(yīng)斷裂于物體的實(shí)體上，不能與輪廓線重疊，不能是輪廓線的延長(zhǎng)線，空心處波浪線應(yīng)斷開，也不要延伸到視圖外。

三、課堂小結(jié)

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)剖視圖部分的知識(shí)要點(diǎn)做小結(jié)，然后相互交流，鞏固提高。結(jié)合課本，歸納出畫剖視圖的一般規(guī)律:外形簡(jiǎn)單用全剖，內(nèi)外兼顧用半剖，局部剖視較靈活，哪里需要哪里剖。但畫剖視圖的最終目的就是既要把三維實(shí)體的結(jié)構(gòu)形狀表達(dá)清楚，又要使圖形簡(jiǎn)單。最后設(shè)計(jì)兩個(gè)層次的練習(xí):一是基本練習(xí)，目的是鞏固教學(xué)重點(diǎn)，使學(xué)生熟練掌握本節(jié)知識(shí);二是提高練習(xí)，使學(xué)生正確、熟練地運(yùn)用本節(jié)知識(shí)解決問題［6］。

四、教學(xué)體會(huì)

1)為了強(qiáng)化和深化剖視圖的講授，不可就剖視而講剖視。以往講剖視圖時(shí)，總是按照全剖──半剖──局部剖這種規(guī)律講授，每講一個(gè)就換一個(gè)模型，教學(xué)效果不理想，學(xué)生接受這些內(nèi)容比較膚淺，容易遺忘。雖然教師教給學(xué)生某一種剖視圖的畫法，但學(xué)生并沒有獲得綜合應(yīng)用的能力，在以后的課程設(shè)計(jì)中，復(fù)雜形體的表達(dá)更能體現(xiàn)這一點(diǎn)。

2)選擇剖視圖講授的圖例要合適。教師在備課過程中，對(duì)本課時(shí)選擇什么樣的圖例，要引導(dǎo)學(xué)生觀察什么，注意什么，要得出什么結(jié)論，怎樣結(jié)合講解，什么時(shí)候演示，怎樣演示才能讓全體學(xué)生都能看懂，等等，都應(yīng)經(jīng)過周密的考慮。為了培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，完成從實(shí)體到圖例，使用CAD直觀教學(xué)，先引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)體，把學(xué)生的注意力引向認(rèn)識(shí)實(shí)體的空間特征，從而獲得清晰的表象。隨著學(xué)習(xí)過程的進(jìn)展，應(yīng)當(dāng)逐步有控制地使用實(shí)體模型。但過多地使用實(shí)體模型，會(huì)使學(xué)生過于依賴這些實(shí)體，不利于培養(yǎng)他們的抽象思維能力和發(fā)展空間想象力。這是必須加以注意的。

3)講課是提出問題、分析問題和做出結(jié)論的過程。提出問題應(yīng)盡量做到自然明確，聯(lián)系實(shí)際和富有啟發(fā)性，同時(shí)也要發(fā)揮教師的主觀能動(dòng)性，提高課堂的教學(xué)效率，激發(fā)學(xué)生的求知欲望;分析問題要做到層次清楚，條理分明，拓寬學(xué)生的思路;做出結(jié)論要簡(jiǎn)明準(zhǔn)確，便于記憶。

4)在剖視的教學(xué)過程中充分利用3D技術(shù)，通過直接感知去認(rèn)識(shí)剖視，可以啟發(fā)學(xué)生的積極思維，使學(xué)生的空間概念更強(qiáng)，培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象力和分析能力。這樣學(xué)生不但加深了對(duì)基本概念的理解，還抓住了剖視的本質(zhì)和作圖過程中有規(guī)律性的東西，增強(qiáng)了剖視運(yùn)用的主動(dòng)性，提高了教學(xué)效果，增加了課堂教學(xué)容量，在教學(xué)實(shí)踐中備受學(xué)生的歡迎。

用CAD三維實(shí)體輔助教學(xué)法教學(xué)，不論從教師的教學(xué)方式、方法、教學(xué)效果，還是從學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣、對(duì)知識(shí)的接受能力、獲取知識(shí)的信息量等各方面的影響都是深遠(yuǎn)的、巨大的。CAD三維實(shí)體輔助教學(xué)法是機(jī)械制圖教學(xué)先進(jìn)的技術(shù)成果，也是對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)的一場(chǎng)革命，值得每位圖學(xué)教師重視。

［1］歐陽立新，何鳳嬌.建立三維造型教學(xué)模式深化工程制圖改革［J］.長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2009(1):76.

［2］江慶.SolidWorks三維造型在機(jī)械制圖綜合實(shí)踐中的應(yīng)用［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2008(1):183.

［3］付成龍，楊小慶，田凌.機(jī)械制圖研究型小課題的探索與實(shí)踐［J］.工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010(4):156.

［4］賀勤.淺談直觀教學(xué)法在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用［J］.甘肅科技，2009(3):187.

［5］李昂.工程圖樣中重影點(diǎn)標(biāo)注常見錯(cuò)誤探討［J］.甘肅高師學(xué)報(bào)，2010(5):36.

［6］丁安英.“經(jīng)驗(yàn)之塔”理論與“實(shí)境耦合”人才培養(yǎng)模式說［J］.職業(yè)教育研究，2008(8):134.